फैराडे स्थिरांक: प्रायोगिक पहलू, उदाहरण, उपयोग - रसायन विज्ञान - 2025

फैराडे स्थिरांक बिजली का एक मात्रात्मक इकाई है कि लाभ या एक इलेक्ट्रोड से इलेक्ट्रॉनों की एक तिल के नुकसान से मेल खाती है; और इसलिए, 6.022 · 10 ²³ इलेक्ट्रॉनों के पारित होने पर ।

इस स्थिरांक को F, Faday नामक अक्षर द्वारा भी दर्शाया जाता है। एक एफ 96,485 कूपल / मोल के बराबर होता है। तूफानी आसमान में बिजली से आपको बिजली की मात्रा का एक एफ पता चलता है।

स्रोत: Pixnio

एक कंडक्टर पर दिए गए बिंदु से गुजरने पर आवेश की मात्रा को clomb (c) के रूप में परिभाषित किया जाता है, जब एक सेकंड के लिए विद्युत प्रवाह का 1 एम्पीयर प्रवाहित होता है। साथ ही, करंट का एक एम्पियर प्रति सेकंड एक सेलोम्ब के बराबर होता है (C / s)।

जब 6.022 · 10 ²³ इलेक्ट्रॉनों (एवोगैड्रो की संख्या) का प्रवाह होता है, तो इससे जुड़े विद्युत आवेश की मात्रा की गणना की जा सकती है। कैसे?

एक व्यक्तिगत इलेक्ट्रॉन (1,602 · 10 ^-19 कूपलम्ब) के चार्ज को जानना और इसे NA, एवोगैड्रो की संख्या (F = Na · e ^-) से गुणा करना । परिणाम, शुरुआत में परिभाषित किया गया है, 96,485.3365 C / mol e ^-, आमतौर पर 96,500C / mol तक होता है।

फैराडे स्थिरांक के प्रायोगिक पहलू

इलेक्ट्रोड में उत्पादित या उपभोग किए जाने वाले इलेक्ट्रॉनों की संख्या इलेक्ट्रोलिसिस के दौरान कैथोड या एनोड पर जमा होने वाले तत्व की मात्रा निर्धारित करके ज्ञात की जा सकती है।

फैराडे स्थिरांक का मान एक निश्चित विद्युत प्रवाह द्वारा इलेक्ट्रोलिसिस में जमा चांदी की मात्रा का वजन करके प्राप्त किया गया था; इलेक्ट्रोलिसिस से पहले और बाद में कैथोड का वजन। इसके अलावा, यदि तत्व के परमाणु भार को जाना जाता है, तो इलेक्ट्रोड पर जमा धातु के मोल्स की संख्या की गणना की जा सकती है।

चूंकि किसी धातु के मोल्स की संख्या जो इलेक्ट्रोलिसिस के दौरान कैथोड पर जमा होती है और इस प्रक्रिया में स्थानांतरित होने वाले इलेक्ट्रॉनों के मोल्स की संख्या ज्ञात होती है, विद्युत आवेश और संख्या के बीच एक संबंध स्थापित किया जा सकता है। इलेक्ट्रॉनों के मोल्स का स्थानांतरण।

संकेतित संबंध एक निरंतर मूल्य (96,485) देता है। बाद में, इस मूल्य को, अंग्रेजी शोधकर्ता, फैराडे के स्थिरांक के सम्मान में कहा जाता था।

माइकल फैराडे

एक ब्रिटिश शोधकर्ता माइकल फैराडे का जन्म 22 सितंबर, 1791 को न्यूटन में हुआ था। 75 वर्ष की आयु में 25 अगस्त, 1867 को हैम्पटन में उनका निधन हो गया।

उन्होंने विद्युत चुंबकत्व और इलेक्ट्रोकैमिस्ट्री का अध्ययन किया। उनकी खोजों में इलेक्ट्रोमैग्नेटिक इंडक्शन, डायमेग्नेटिज्म और इलेक्ट्रोलिसिस शामिल हैं।

इलेक्ट्रॉनों और फैराडे स्थिरांक के बीच संबंध

नीचे दिए गए तीन उदाहरण स्थानांतरित किए गए इलेक्ट्रॉनों के मोल और फैराडे स्थिरांक के बीच के संबंध को चित्रित करते हैं।

ना ⁺ जलीय घोल में कैथोड पर एक इलेक्ट्रॉन मिलता है और धात्विक Na का 1 मोल जमा किया जाता है, जिससे 96,500 coulomb (1 F) के आवेश के बराबर 1 इलेक्ट्रॉनों की खपत होती है।

Mg ²⁺ जलीय घोल में कैथोड पर दो इलेक्ट्रॉनों का लाभ होता है और धातु के Mg का 1 मोल जमा होता है, जिसमें 2 मोल इलेक्ट्रॉनों की खपत होती है, जो 2 × 96,500 कूपलॉम्ब (2 F) के आवेश के अनुरूप होता है।

अल ^{3 +} जलीय घोल कैथोड पर तीन इलेक्ट्रॉनों को प्राप्त करता है और धातुई अल का 1 मोल जमा किया जाता है, 3 × 96,500 कूपलम्ब (3 एफ) के चार्ज के अनुरूप 3 मोल इलेक्ट्रॉनों का उपभोग करता है।

इलेक्ट्रोलिसिस का संख्यात्मक उदाहरण

तांबे (सीयू) के द्रव्यमान की गणना करें जो इलेक्ट्रोलिसिस प्रक्रिया के दौरान कैथोड पर जमा होता है, जिसमें 50 मिनट के लिए 2.5 एम्पीयर (सी / एस या ए) की वर्तमान तीव्रता के साथ। वर्तमान तांबे (II) के एक समाधान के माध्यम से बहती है। घन का परमाणु भार = 63.5 ग्राम / मोल।

तांबा (II) आयनों की धातु तांबा में कमी के लिए समीकरण इस प्रकार है:

Cu ²⁺ + 2 e ^- => Cu

६३.५ ग्राम घन (परमाणु भार) २ (९.६५ · १० ^४ कौलम्ब / मोल) के बराबर इलेक्ट्रॉनों के प्रत्येक २ मोल के कैथोड पर जमा होते हैं । यानी 2 फैराडे।

पहले भाग में, इलेक्ट्रोलाइटिक सेल से गुजरने वाले कूपोम की संख्या निर्धारित की जाती है। 1 एम्पीयर 1 कपल / सेकंड के बराबर होता है।

C = 50 मिनट x 60 s / मिनट x 2.5 C / s

7.5 x 10 ³ सी

फिर, 7.5 x 10 ³ C की आपूर्ति करने वाले विद्युत प्रवाह द्वारा जमा किए गए तांबे के द्रव्यमान की गणना करने के लिए, फैराडे स्थिरांक का उपयोग किया जाता है:

g Cu = 7.5 10 ³ C x 1 mol e ^- / 9.65 10 ⁴ C x 63.5 g Cu / 2 mol e ^-

2.47 ग्राम घन

इलेक्ट्रोलिसिस के लिए फैराडे के नियम

पहला कानून

एक इलेक्ट्रोड पर जमा पदार्थ का द्रव्यमान इलेक्ट्रोड को हस्तांतरित बिजली की मात्रा के सीधे आनुपातिक है। यह फैराडे के पहले कानून का एक स्वीकृत कथन है, मौजूदा, अन्य कथनों में, निम्नलिखित:

एक पदार्थ की मात्रा जो प्रत्येक इलेक्ट्रोड पर ऑक्सीकरण या कमी से गुजरती है, सेल के माध्यम से गुजरने वाली बिजली की मात्रा के सीधे आनुपातिक होती है।

फैराडे के पहले कानून को गणितीय रूप से निम्नानुसार व्यक्त किया जा सकता है:

m = (Q / F) x (M / z)

एम = इलेक्ट्रोड (ग्राम) पर जमा पदार्थ का द्रव्यमान।

Q = विद्युत आवेश जो युग्मनज में विलयन से गुजरे।

F = फैराडे का स्थिरांक।

M = तत्व का परमाणु भार

Z = तत्व की वैलेंस संख्या।

एम / जेड समकक्ष वजन का प्रतिनिधित्व करता है।

दूसरा कानून

एक इलेक्ट्रोड पर एक रसायन की कम या ऑक्सीकृत मात्रा इसके बराबर वजन के लिए आनुपातिक है।

फैराडे के दूसरे कानून को इस प्रकार लिखा जा सकता है:

m = (Q / F) x PEq

एक आयन के विद्युत रासायनिक संतुलन क्षमता का आकलन करने में उपयोग करें

विभिन्न आयनों के विद्युत रासायनिक संतुलन की क्षमता का ज्ञान इलेक्ट्रोफिजियोलॉजी में महत्वपूर्ण है। इसकी गणना निम्न सूत्र को लागू करके की जा सकती है:

Vion = (RT / zF) Ln (C1 / C2)

आयन = आयन की विद्युत समतुल्य क्षमता

आर = गैस स्थिरांक, के रूप में व्यक्त: 8.31 J.mol ^-1 । क

तापमान = डिग्री केल्विन में व्यक्त किया गया तापमान

Ln = प्राकृतिक या प्राकृतिक लघुगणक

z = आयन की वैधता

F = फैराडे स्थिर

C1 और C2 एक ही आयन के सांद्रता हैं। C1 हो सकता है, उदाहरण के लिए, सेल के बाहर आयन की एकाग्रता, और C2, सेल के अंदर इसकी एकाग्रता।

यह फैराडे स्थिरांक के उपयोग का एक उदाहरण है और इसकी स्थापना का अनुसंधान और ज्ञान के कई क्षेत्रों में बहुत उपयोग किया गया है।

संदर्भ

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